[发明专利]基于激光和视觉的铁路扣件缺失高速探测系统与方法

权利要求书

1.一种基于激光和视觉的铁路扣件缺失高速探测系统，其特征在于：由激光定位系统、视觉识别系统和控制中心组成，这三个部分同处于列车车体下方的探测器内，正对扣件所在区域的正上方；激光定位系统和视觉识别系统沿着列车运行的方向前后错开布置，激光定位系统在前，视觉识别系统在后，二者距离恒定；由激光定位系统对扣件的位置进行探测和定位，并发出同步信号，触发视觉识别系统工作，当视觉识别系统接收到来自激光定位系统的同步信号之后，实时采集扣件区域的图像，并实时将图像数据送入图像处理电路，进行图像处理和识别，并对于缺失扣件的图像进行存储。

2.根据权利要求1所述的基于激光和视觉的铁路扣件缺失高速探测系统，其特征在于：所述激光定位系统采用高速半导体光电管形成的一维阵列完成的三角测距测量，当列车运行到达某一个扣件位置时，扣件及其基板的凸起将使得光斑产生垂直于轨面的位移，并导致光斑的成像位置发生变化，从而使得光电管阵列中的某个或某几个光电管导通，并发出不同的电信号，这些电信号经过光电处理电路的逻辑分析处理后，形成最终的同步信号输出，触发后面的视觉识别系统工作。

3.根据权利要求1所述的基于激光和视觉的铁路扣件缺失高速探测系统，其特征是：所述视觉识别系统利用计算机视觉的方法识别和判断扣件是否缺失，以扣件所在位置为中心，选择小的视场范围进行图像采样和处理。

4.根据权利要求1或2所述的基于激光和视觉的铁路扣件缺失高速探测系统，其特征是：所述视觉识别系统采用多个LED面光源，分别布置在高速设计的周围，沿钢轨方向排开。

5.根据权利要求1所述的基于激光和视觉的铁路扣件缺失高速探测系统，其特征是：所述激光定位系统与视觉识别系统的距离保证激光定位系统中半导体激光器产生的光斑处于视觉识别系统中摄像机的视场范围之内。

6.一种基于激光和视觉的铁路扣件缺失高速探测方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一步，在控制中心的控制下，激光定位系统打开半导体激光器，视觉识别系统打开照明光源；

第二步，激光定位系统连续采集扣件所在区域的高度信息，当到达扣件位置后，扣件高度的变化而使得光电阵列产生相应的电信号，经过光电处理电路后产生同步信号，并直接送达视觉识别系统；

第三步，视觉识别系统在接收到来自激光定位系统的同步信号后，直接触发高速工业摄像机动作，快速捕获扣件所在区域的图像，并实时传输到图像处理电路；

第四步，视觉识别系统的图像处理电路对摄像机传来的图像进行处理、识别和判断，当发现扣件缺失时立即向控制中心发出报警信号；

第五步，控制中心接收到来自视觉识别系统的扣件缺失报警信号之后，立即通过通讯接口将报警信号发送到车上，同时将扣件缺失的图片及历程信息自动记录下来，以备人工查询。

7.根据权利要求6所述的基于激光和视觉的铁路扣件缺失高速探测方法，其特征在于：所述激光定位系统采用高速半导体光电管形成的一维阵列完成的三角测距测量，当列车运行到达某一个扣件位置时，扣件及其基板的凸起将使得光斑产生垂直于轨面的位移，并导致光斑的成像位置发生变化，从而使得光电管阵列中的某个或某几个光电管导通，并发出不同的电信号，这些电信号经过光电处理电路的逻辑分析处理后，形成最终的同步信号输出，触发后面的视觉识别系统工作。

8.根据权利要求6所述的基于激光和视觉的铁路扣件缺失高速探测方法，其特征是：所述视觉识别系统利用计算机视觉的方法识别和判断扣件是否缺失，以扣件所在位置为中心，选择小的视场范围进行图像采样和处理。

9.根据权利要求6或8所述的基于激光和视觉的铁路扣件缺失高速探测系统，其特征是：所述视觉识别系统采用多个LED面光源，分别布置在高速设计的周围，沿钢轨方向排开。

10.根据权利要求1所述的基于激光和视觉的铁路扣件缺失高速探测系统，其特征是：所述激光定位系统与视觉识别系统的距离保证激光定位系统中半导体激光器产生的光斑处于视觉识别系统中摄像机的视场范围之内。